二氧化碳汽提尿素培训教材

尿素培训资料一、当代主要尿素生产工艺当代尿素生产，不论是采用哪种流程，基本由六个工艺单元，即原料供应、尿素的高压合成、含尿素溶液的分离过程、未反应氨和二氧化碳的回收、尿素溶液的浓缩、造粒与产品输送和工艺冷凝液处理，其基本过程如图所示。原料CO2和NH3被加压送到高压合成圈，反应生成尿素，二氧化碳转化率在50%~75%范围，此过程被称为合成工序；分离过程与未反应物回收单元承担着把未转化为尿素的氨和二氧化碳从溶液中分离出来，并回收返回合成工序，因此这两个单元被统称为循环工序；最后在真空蒸发和造粒设备中把70%~75%的尿素溶液经浓缩加工为固体产品，称为最终加工工序。尽管尿素生产的基本过程相似，但具体的流程、工艺条件、设备结构等方面，各厂均不同。不论是那张工艺流程，生产原料的消耗上大体是相同的，其流程的先进与否主要表现在公用工程即水、电、汽的消耗上。尿素生产流程的改进过程，实质就是公用工程消耗降低的过程。下面按改进过程介绍当代几种主要的尿素生产工艺流程。二)传统水溶液全循环工艺传统的水溶液全循环法，又称碳铵盐水溶液全循环法，是在四五十年代最早实现全循环的尿素生产流程。其中有代表性的方法有：蒙特卡梯尼法、东洋高压法、化学建设工程公司法、斯塔米卡邦法、隆札法和中国的水溶液全循环法。中国采用水溶液全循环法的中型尿素厂（11万吨/年）有30多套；小型尿素厂（4万吨/年）有几十套。⑴工艺流程(下页）⑵消耗定额（11万吨/年）⑴液氨（以100%氨计）：0.580t（正常消耗值）⑵CO2（以100%CO2计）0.785t⑶蒸汽（1.275Mpa干饱和蒸汽）：1.7t⑷电：160KWh⑸冷却水：（温升6℃）：130～140m3二)日本的ACES工艺日本三井东压化学公司（MitsuiToatsuChemicals,MTC)是1968年由原东洋高压工业公司和三井化学工业公司合并组成。东洋工程公司（TOYOengineeringcorporation,TEC)创立于1961年5月。东洋工程-三井东压，最先于60年代开发了水溶液全循环A法，随后又开发了B法、C法、改良C法、D法。1983年开发的ACES工艺（及AdvancedCostEnergySavingProcess的缩写，意思是“节约投资降低能耗”的工艺，实质是CO2汽提尿素与水溶液全循环尿素的结合，也属于CO2汽提尿素的一种工艺），该工艺的主要特点是高压系统采用了两个高压甲铵冷，一个高压甲铵冷副产蒸汽，一个高压甲铵冷用于加热汽提塔出来的尿液，分解回收部分采用中压、低压分解与回收，蒸发工艺采用预浓缩工艺。⑴工艺流程⑵ACES工艺特点①采用了较低的合成压力,高压部分操作压力为17.5MPa(表）该工艺在合成塔内设置了折流板，避免了合成塔内溶液的返混，提高了二氧化碳的转化率，合成塔内实现了在较低压力下高氨碳比的操作。由于合成压力较低，二氧化碳压缩所需能耗减少。同时由于由于合成塔内二氧化碳转化率高，以及汽提塔汽提效率高，甲铵液返回高压圈的循环量少，也降低了能耗。②采用了新型汽提塔，汽提效率高汽提塔分两段，上段为塔板，下段为降膜式加热器，通过塔板调节溶液氨碳比，以适应在汽提塔下部降膜式蒸汽加热器中所进行的有效二氧化碳汽提操作。同时，降膜管上的液体分布器和塔底的气体分布器均为特殊设计的结构。可以适应对含有较多过剩氨的、高转化率尿液的二氧化碳汽提以获得较高的汽提效率，使汽提后尿液的氨含量较低。③有效而充分的回收利用热量高压圈并联设置了两个甲铵冷，其中一个甲铵冷副产蒸汽，一个加热汽提塔出来的尿液，同时用中压吸收塔的甲铵反应热加热蒸发的尿液。④除高压二氧化碳汽提外，同时以部分二氧化碳从压缩机段间引出，在低压分解工段进行汽提，而后以溶液的方式返回尿塔，这样可以提高低压分解效率，也可以降低压缩机的电耗。⑶公用工程消耗蒸汽：输入2.5MPa（绝）570Kg,输出0.5MPa（绝）90Kg电耗：121KWh，冷却水：51t三）荷兰斯塔米卡帮公司的二氧化碳汽提法尿素工艺斯塔米卡帮公司(Stamicarbon.B.V)是荷兰国营矿业公司（DSM）的子公司，在40年代后期开始研究尿素生产工艺，早期尿素生产因为尿塔等设备的严重腐蚀问题，影响生产的正常运行和生产技术的推广。直到1953年，斯塔米卡帮公司提出在二氧化碳原料气中加入少量氧气的办法，解决了尿素设备的腐蚀问题，为后来尿素生产的大规模发展开辟了道路，由该公司设计的第一个工业规模的尿素厂于1956年投产。在60年代初，斯塔米卡帮公司与国营矿业公司研究中心一起，开发了新的二氧化碳汽提法尿素工艺。从1964年建设日产20吨尿素的实验厂开始，到1967年二氧化碳汽法尿素工厂正式投产，随后在很多国家建设了二氧化碳汽法尿素工厂。1）工艺流程2）消耗定额（设计指标，以每吨尿素计）氨（100%）580kg电20KWh二氧化碳（100%）770kg冷却水（温升按13℃）88m33.8MPa(绝)蒸汽1530kg3）工艺指标（1）二氧化碳压缩操作压力一段入口0.165MPa(绝)四段出口13.8～14.1MPa(绝)原料CO2组成CO2＞98.5%（体积）CO＜0.2%（体积）H2＜1.0%（体积）S＜2mg/Nm3甲醇＜150PPm防腐空气（折成O2含量）0.75%～0.85%（体积）（2）脱氢反应器(末端）操作压力：13.8～14.1MPa(绝)操作温度：入口气体≥150℃出口气体＜300℃（1%H2反应温升45℃）出口气组成：H2及其他可燃气体＜50PPmO2%＞0.7%(体积）催化剂层阻力：正常＜0.1MPa最大＜0.2MPa（3）高压液氨泵操作压力：入口2.3MPa（绝）出口16～16.3MPa（绝）操作温度：入口30～40℃液氨组成：NH3≥99.5%(质量）H2O＜0.5%(质量）H2+N2＜0.02%(质量）油＜10PPm（4）合成系统①合成塔操作压力：13.5～14.5MPa（绝）操作温度（顶部）：180～183℃出口气相氨碳比：3.0～3.5塔内液相氨碳比：2.8～2.85CO2转化率：55～58%②汽提塔操作压力：13.5～14.5MPa（绝）操作温度：160～170℃出口液相氨含量：6～8%(质量）加热蒸汽压力：2.1MPa（绝）加热蒸汽温度：214℃③高压甲铵冷操作压力：13.8MPa(绝）操作温度：167℃副产蒸汽压力：0.45MPa(绝）④高压洗涤器操作压力：13.8MPa(绝）操作温度：出口液相160～165℃出口气相90～110℃高调水：入口125～130℃温升5～10℃（5）低压分解回收①循环加热器操作压力：0.3MPa(绝）操作温度：135℃②低压甲铵冷冷凝压力：0.25MPa(绝）冷凝温度：75℃4）二氧化碳汽提法尿素工艺的特点汽提法工艺的出现，突破了传统的水溶液全循环工艺未反应物的回收方式，使尿素生产的辅助能耗大幅度降低，其特点如下：（1）克服了传统的水溶液全循环工艺的一些缺点：①克服了在较低压力与温度下的分解与回收氨和二氧化碳，而不能回收利用甲铵生成热的缺点在高压下冷凝吸收氨和二氧化碳，回收利用甲铵生成热并节省冷却水②克服了由于逐级降压分解、逐级冷凝吸收而设置庞大的循环回收系统的缺点。减少了设备，简化了流程，降低了投资。③克服了由于高浓度、高压力和较高温度的甲铵液返回合成塔所造成的甲铵泵缸头和填料腐蚀疲劳开裂等较难解决的问题。（以喷射泵代替柱塞泵）④克服了返回合成塔甲铵液水碳比较高的缺点。（2）简化了流程，减少了设备。高压系统的合成塔、汽提塔、高压冷凝器等三个设备的物料是靠重力自行流动循环，减少了动力设备。（3）提高了热能和塔的利用率。二氧化碳汽提法实质上是采用两段合成，即液氨和气体二氧化碳生产甲铵的放热反应在高压甲铵冷里进行，可以回收反应热而副产蒸汽。甲铵脱水反应在尿塔内进行，由于生成甲铵的热量在甲铵冷里被导出，所以合成塔不需要加入过剩氨来维持自热平衡，而合成塔内物料的较少，也使合成塔的容积得到充分的利用。（4）热利用好。蒸汽分级使用，并尽量利用各级冷凝液的闪蒸蒸汽，所以热利用较好，体现了按质用能的原则。四）意大利斯纳姆普罗盖蒂（Snamprogetti)氨汽提法尿素工艺意大利斯纳姆普罗盖蒂（Snamprogetti)公司创立于1956年，是埃尼（ENi)集团的一个子公司，在60年代初开始尿素生产的研究。1966年第一个以氨作为汽提气的日产70吨的尿素厂建成投产。早期工艺的尿素厂，称为第一代氨汽提法。其设备采用框架式立体布置，气氨直接加入汽提塔底部。在70年代中期，改进了设计，设备改为平面布置。而且也不向汽提塔直接加氨气，这就是所谓的自汽提工艺或称为第二代氨汽提工艺，是目前采用的方法。1）工艺流程说明由合成氨厂送来的约0.105MPa（绝）、40℃的二氧化碳，加入少量空气后进入离心式二氧化碳压缩机，加压到16MPa（绝）送入尿素合成塔。由合成氨厂送来的液氨经计量后进入液氨贮槽，然后用液氨升压泵将液氨分别送到高压液氨泵与中压吸收塔，液氨升压泵为单级离心电动力式泵，液氨升压0.6MPa，高压液氨泵为高速离心泵，将液氨加压到22MPa2）消耗定额设计指标(以1吨尿素计）氨（100%）570kg电26.5KWh二氧化碳（100%）740kg冷却水99m3蒸汽970kg3）工艺特点⑴实现自汽提：利用合成塔出液中所含过剩氨，在合成操作压力下并用蒸汽加热降膜换热器(汽提塔），把二氧化碳汽提出来，同时在合成操作压力下将汽提出来的氨和二氧化碳进行冷凝回收成甲铵液返回合成塔。⑵动力消耗低：二氧化碳进料量的85%左右在高压合成回路中循环，其他约15%的二氧化碳以甲铵液的形式经泵加压返回合成塔。这样就大大减少了向高压系统输送氨与甲铵液所需的动力。⑶副产蒸汽：氨与二氧化碳在高温、高压下发生反应放出大量的热量而副产蒸汽，同时回收的甲铵液比传统的水溶液回收的物料温度高很多，也减少了加热低温物料所需的供热量。⑷高压系统封塔时间长：因高压回路采用过剩氨，汽提塔采用钛材所以高压系统可以连续几天封塔保压，加上分解装置大量采用降膜换热器，因而物料在在装置内存量少，且不必排放。五）意大利蒙特爱迪生等压双循环工艺（IDR）蒙特爱迪生集团公司（MontedisonGroup)原名蒙特卡梯尼–爱迪生公司（Montedison–Edison.S.P.A)系意大利蒙特卡梯尼与爱迪生公司于1966年合并组成。该公司是意大利目前最大的化学品公司。蒙特卡梯尼公司在本世纪30年代就开始进行尿素工艺的研究。1935年建成日产6吨不循环法装置，1953成日产100吨全循环法装置。世界上第一批工业规模的半循环和全循环法尿素中，蒙特卡梯尼技术是其中的重要技术之一。70年代末，蒙特爱迪生开发了一种称为等压双循环（IDR及IsobaricDoubieRecycle）的尿素新工艺。1981年这个工艺首先应用于一个日产300吨的老厂改造并获得成功，后来又建成数厂，最大能力1700吨/日。本法的最主要特点是采用了氨和二氧化碳两种汽提技术。1)工艺流程2）消耗定额氨（100%）570kg电123KWh二氧化碳（100%）740kg冷却水（最小温升8.5℃）88m3蒸汽：3.6MPa（绝），435℃700kg3）工艺特点IDR工艺的主要特点IDR高压圈：由合成塔—第一汽提塔（氨）—第二汽提塔（二氧化碳）—第一、第二高压甲铵冷凝器和高压甲铵分离器等设备构成了IDR的高压圈.在合成塔内生成尿素的反应，在上下两段进行。上段的氨碳比为3.75，下段的氨碳比为4.1。增加下段氨碳比的目的在于提高气相中的氨分压，从而提高二氧化碳的转化率，其转化率可达71%以上。在第一汽提塔内主要是分解合成液也中未转化成尿素的甲铵，而在第二汽提塔中主要是游离氨的蒸出。此外，第一汽提塔的出气直接进入合成塔上段；而第二汽提塔的出气进入高压甲铵冷冷凝放热并副产蒸汽。两个汽提塔负荷分配的好坏，将直接影响到合成塔的热平衡和整个系统的蒸汽平衡。而甲铵冷中氨和二氧化碳的冷凝量与产汽压力不直接影响合成塔的热平衡，这有利于合成塔的稳定操作